十字形双组合轴压角钢构件填板连接计算方法研究

从材料力学原理出发,基于剪力互等定理和轴压构件的二阶弯曲效应,结合十字形双组合角钢构件受压时的实际破坏形态,推导了十字形双组合角钢构件填板连接的理论计算方法,给出了填板连接的一般设计方法;并结合试验结果论证了传统算法的局限性,确定了不同填板布置形式时填板处十字形截面的剪力不均匀分布系数;理论计算方法考虑了十字形双组合角钢构件不同失稳模式的影响,与试验结果相比,其安全裕度在10%以上,较传统算法具有较大的优越性,能够满足输电塔结构设计的一般要求;最后通过精细化数值分析验证了计算方法的准确性和可靠性,并已将其应用于工程实践中。     

关于双角钢十字组合型截面的填板设计方法探讨

铁塔中实腹式组合角钢构件在两节点间需设置填板,在DL/T 5154-2002《架空送电线路杆结构设计技术规定》、GB 50017-2003《钢结构设计规范》中,仅简要提出了填板设置的构造要求,而对填板及其连接螺栓的设计计算、具体布置方式均未作详细说明,设计时往往根据经验进行设计。采用试验研究和有限元分析两种方法,通过填板位置和方向的不同来研究填板在组合角钢中所起的作用,以探索填板的设计方法。     

双拼组合角钢平面假设符合度与填板厚度关系的研究

输电铁塔中实腹式双拼组合角钢构件在两节点间需设置填板,GB 50017—2003《钢结构设计规范》和DL/T5154—2012《架空输电线路杆结构设计技术规定》中,仅简要规定了填板设置上的构造要求,而对填板厚度设计要求及具体布置方式未做出说明和理论分析。通过梁的力学分析和有限元计算,研究双拼组合角钢填板厚度与横截面弯曲应力分布平面假设符合度的关系,获得不同填板厚度的双拼组合角钢横截面上的应力分布规律,其结果可为填板最佳厚度的设计提供理论依据。     

由4个等长细比角钢组成的格构柱的极限承载力

由于其高强度和重量轻的特点,冷弯薄壁型钢构件在现代钢结构中发挥了重要的作用。由细长型角钢组成的格构柱的性能和强度主要是由边角的局部屈曲和角钢与缀板间的扭转屈曲所决定的。此外,局部屈曲取决于边角宽厚比、角钢和缀板间的整体长细比以及柱的整体长细比的相互作用。通过线性材料有限元模型和几何有限元模型进行理论研究,研究参数包括不同边角宽厚比的格构柱截面、缀板间的整体长细比以及格构柱的整体长细比。分析得出一个完整的强度曲线,并通过使用不同长度的构件来研究不同的失效模式,如在缀板的角钢间产生的局部屈曲或扭转屈曲,或在构件产生整体屈曲。提出一个关于剪切变形影响因素和缀板细长型角钢截面的极限轴向荷载能力的试验方程。通过有限元预测轴向荷载缀板构件的强度,并将所提出的试验方程与使用北美和欧洲规范所获得的设计强度相比较。可知:按北美和欧洲规范所预测的设计强度偏于保守,通过可靠性分析验证了这些设计准则的可靠性。     

双角钢十字组合截面偏心受压构件承载力试验研究

为模拟对输电铁塔单角钢主材（原主材）附加一个规格相同（或略小）主材（副主材）组成十字组合截面构件对塔身主材进行加固补强工程实际,通过考虑节间斜材支撑的双角钢十字组合截面偏心受压构件承载力试验,研究了该类构件的承载力以及副主材尺寸、填板设置、螺栓个数等因素对承载力的影响,探讨了其组合截面承载力计算方法,为建立该类加固设计方法提供了依据。     

大宽厚比对称填板双角钢十形组合构件轴压试验与设计方法对比

对于扭转长细比大于弯曲长细比的大宽厚比对称填板双角钢十形组合构件而言,各规范采用不同方法来计算其稳定系数,填板的构造规定也有所不同,有必要结合试验实测数据,检验不同方法的计算精度和填板构造方式对承载力的影响。为此,进行了2类对称填板,共32个双角钢十形组合试件的轴压试验,得到了试件的应变、极限载荷等。试件横截面各测点应变差异较大,且破坏后轴线明显弯曲,该现象表明,虽然各试件的扭转长细比明显大于弯曲长细比,但所有试件最终发生了弯曲失稳。根据试件实测结果检验了不同设计方法的稳定系数计算精度,结果表明:扭转长细比大于弯曲长细比或试件两端之间仅有1个填板时,试件均表现出了良好的承载能力;按GB 50017—2003《钢结构设计规范》中扭转长细比确定的稳定系数远低于研究所得的试件实测值,而弯曲长细比对应的稳定系数与试验的实测值很接近;大多短角钢填板双角钢十形组合试件的轴向承载力略高于焊接填板试件,但前者的造价较低,推荐使用。     

角钢、剖分T型钢压杆的弯扭屈曲(1)

单轴对称的角钢、Ｔ型钢压杆有必要做弯扭屈曲验算。计算方法宜采用换算长细比法。利用截面特性的近似值得出单角钢和双角钢构件的实用计算公式。这些公式虽然由弹性稳定理论导出,和非弹性范围内的试验结果也吻合较好。此外,通过对计算结果的分析,建议长细比不大的构件不宜用宽厚比大的型钢规格。     

双角钢十字组合截面压杆承载力研究

进行了160大规格Q420高强度双角钢十字组合截面构件的试验研究。得到了单节间和双节间压杆的受力性能和破坏模式。对该类构件进行数值模拟,考虑构件长细比、肢宽比和填板等对承载力的影响,并在此基础上提出计算方法。与试验结果进行对比,给出适合工程实际的组合截面承载力计算方法,可供工程设计参考使用。     

角钢,部分T型钢压杆的弯扭屈曲（1）

单轴对称的角钢、Ｔ型钢压杆有必要做弯扭屈曲验算。计算方法宜采用换算长细比法。利用截面特性的近似值得出单角钢和双角钢构件的实用计算公式。这些公式虽然由弹性稳定理论导出，和非弹性范围内的试验结果也吻合较好。此外，通过对计算结果的分析，建议长细比不大的构件不宜用宽厚比大的型钢规格。     

四角钢组合约束型防屈曲支撑的轴压试验研究

四角钢组合约束型防屈曲支撑具有轻量化及装配化等特点,其组成特点是采用高强度螺栓把4个外围约束角钢连接成整体,形成对内核构件的整体约束作用。该类防屈曲支撑受轴压荷载作用时,4个外围约束角钢之间以及内核与外围约束构件之间存在复杂的相互作用,外围约束构件受力状态复杂。文中进行了5根四角钢组合约束型防屈曲支撑在轴压循环荷载作用下的试验研究,考察其受力性能与破坏机理、轴压承载力与骨架曲线以及约束比参数对它们的影响。对试验试件建立精细化有限元模型（螺栓单元与接触单元）,模拟分析其加载过程的应力与变形发展历程。通过对比各试件的试验实测结果、理论计算结果与精细有限元模拟分析结果,表明有限元分析结果可偏于安全地预测试件的实际受力状态|如果计入内核端部附加偏心距的影响,理论设计公式可用于这类防屈曲构件的承载力设计,具有较高的可靠性。     

组合钢板剪力墙屈曲强度研究

钢板外包钢筋混凝土组合剪力墙侧向刚度大、延性好,是一种有效的抗侧力构件。薄钢板墙两侧或单侧的钢筋混凝土板通过焊接栓钉和粘结作用与钢板共同工作。混凝土板旨在防止钢板受剪屈服前发生整体屈曲或局部屈曲,外包混凝土板厚度的确定是组合钢板剪力墙设计的关键。采用有限元法对组合墙板进行了弹性屈曲分析;采用薄板理论建立了组合剪力墙屈曲强度简化计算公式;讨论了板边界条件、混凝土板高厚比、钢板高厚比、混凝土弹性模量及板高宽比对有限元计算与简化公式计算结果间差异的影响;基于简化公式和有限元计算结果提出了组合钢板剪力墙弹性屈曲强度计算公式,可用于确定外包混凝土板厚度需求。     

十字双拼角钢柱绕虚轴弯曲屈曲临界力计算方法精度对比

数值分析和构件试验均表明:按实腹式计算方法设计的双拼角钢柱受压承载力明显偏于不安全,应按组合构件计算。当按组合式构件计算方法设计该柱时,各种文献给出的绕虚轴弯曲屈曲临界力的简化计算方法并不一致,有必要根据有限元计算结果校核以上算法的精度,为双拼角钢柱的设计研究工作提供参考。首先列举了3种常见的双拼角钢绕虚轴屈曲临界力的计算方法及原理,然后采用壳单元离散双拼角钢柱,采用ANSYS的线性屈曲模块,计算其屈曲临界力。最后,对比有限元和以上3种算法的计算结果,表明:GB 50017—2003《钢结构设计规范》或ANSI/AISC 360-05《Specification for Structural Steel Buildings》中缀板柱的计算式误差相对较小,推荐使用。     

输电铁塔十字组合双角钢构件稳定性规范对比

以输电铁塔十字组合双角钢构件为研究对象,对美国《输电铁塔设计导则》(ASCE 10)、英国《铁塔设计规范》(BS 8100)、欧洲《45kV以上交流架空输电线路设计规范》(EN 50431)中关于十字组合双角钢轴心受压构件稳定承载力计算方法进行了介绍,并与我国《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154)及《钢结构设计规范》(GB 50017)进行对比分析。结果表明:对于十字组合双角钢构件稳定性,GB 50017和ASCE 10同时考虑扭转屈曲和弯曲屈曲,DL/T 5154,EN 50431,BS 8100仅考虑弯曲屈曲;对于十字组合双角钢构件弯曲长细比,DL/T5154按实腹式构件计算两个轴的弯曲长细比,BS 8100和EN 50431对于虚轴采用换算长细比进行计算;对于输电铁塔十字组合双角钢构件的轴压稳定抗力,BS 8100和EN 50431计算结果接近,且大于DL/T 5154计算结果,ASCE10计算结果大于GB 50017。     

长细比对轴压角钢承载力影响的数值分析

本文利用ANSYS有限元程序,计算了等边角钢轴心受压构件的承载力,着重分析了长细比对等边角钢轴压构件的承载力、屈曲模态、局部屈曲等的影响,指出我国《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》中关于轴压构件稳定强度折减系数的规定是不够合理的。     

三边约束组合钢板剪力墙单元抗震性能试验研究

提出一种适用于钢框架结构体系的新型组合钢板剪力墙单元,它由三边固接一边弹性约束的钢板和预制水泥基覆板组合而成。通过三种钢板宽厚比的纯钢板剪力墙和组合钢板剪力墙共6个试件的静力加载试验,考察宽厚比对三边约束钢板受剪承载力的影响,同时考察分析预制水泥基覆板对内嵌钢板的屈曲承载力和受剪承载力的影响。试验结果表明：宽厚比决定了钢板初始抗侧性能和屈曲模态;预制水泥基覆板对提高剪力墙单元受剪承载力和钢板屈曲承载力有一定帮助;通过有效抑制内嵌墙板的面外屈曲,可以提高组合钢板剪力墙单元的抗震性能。     

薄壁角钢轴压稳定承载力试验研究

通过试验、理论、规范和数值分析,研究了薄壁角钢在轴压荷载下的失稳模式和稳定承载力。通过试验得到薄壁角钢试件的稳定承载力,采用有限元软件ANSYS计算一阶屈曲特征值,然后与经典屈曲理论、考虑大变形和非线性项的弹性屈曲理论、国内外规范计算方法所得到的稳定承载力结果对比分析。研究表明:单轴对称的薄壁角钢轴压时发生弯扭屈曲失稳,经典的屈曲理论较为接近试验值及一阶屈曲特征值,可以作为构件稳定承载力的参考,规范得到的稳定承载力考虑了初始缺陷、二阶效应及材料弹塑性的影响,结果偏向保守。     

输电塔组合角钢构件稳定性分析

输电塔的主材通常采用单角钢、双肢和四肢组合角钢构件。通过对GB 50017-2003《钢结构设计规范》和DL/T 5154-2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》的比较,指出当采用局部稳定强度折减系数mN后,即可不必考虑扭转屈曲对组合角钢构件稳定性的影响。真型塔试验结果表明,通过普通螺栓连接的组合角钢分肢存在受力的不均性,并将产生较大的截面偏心弯矩,从而导致构件提前弯曲失稳破坏。建议采用组合长细比来反映分肢受力不均的影响,并给出换算长细比的计算公式。     

单角钢轴压杆件弹性和非弹性稳定承载力

热轧角钢有等边和不等边两种类型。由于截面对称性方面的差异,两类角钢在承受轴压力时,性能有明显差别。针对等边角钢在非弹性范围的受压承载力由弱轴弯曲屈曲控制还是强轴弯扭屈曲控制这一问题进行了分析,结果表明：在非弹性范围和弹性范围一样,杆件失效时呈弯曲屈曲,对于宽厚比较大的高强度角钢,需要计及局部屈曲效应。不等边角钢压杆失效时总是呈弯扭屈曲,其临界力计算比较复杂。通过计算分析,得出了把问题转化为按弯曲屈曲分析的等效长细比的方法。此法既适用于弹性范围,也适用于非弹性范围。和现有试验资料对比表明,文中的等边和不等边角钢轴压杆件的计算方法,都可用于设计工作。     

开口肋加劲板屈曲模态与临界屈曲应力分析

为更好掌握开口肋加劲板的设计计算方法,采用弹性稳定分析方法,对无纵向和横向加劲肋的四边简支板、纵向加劲肋等间距布置的四边简支加劲板、纵向和横向加劲肋等间距布置的加劲板进行屈曲模态和临界屈曲应力分析。结果表明:对于四边简支板或四边简支加劲板,临界屈曲应力与板宽、板长和板厚均有关,减小板宽和板长以及增大板厚可提高临界屈曲应力;随着加劲肋刚度比的变化,四边简支加劲板一般表现出3种屈曲模态,模态1为加劲肋与被加劲板共同发生整体屈曲,模态2为在加劲肋处形成波节,加劲肋与被加劲板发生屈曲,模态3为加劲肋为刚性加劲肋,不会发生失稳,只有被加劲板发生局部失稳;临界屈曲应力随加劲肋刚度比的增大而增大,模态1增大幅度最大,模态2次之,模态3逐步趋于定值。     

冷弯型钢受弯构件非弹性屈曲试验

对名义厚度为2mm的30根冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件进行非弹性屈曲试验研究,为了保证试件在非弹性阶段屈曲,试件整体弯曲屈曲应力大于三倍的材料屈服强度。试验结果表明冷弯薄壁型钢受弯构件在非弹性阶段会出现板件的局部屈曲以及构件的整体屈曲相关作用,我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算受弯构件在非弹性阶段的承载力过于保守,需对冷弯薄壁型钢受弯构件非弹性阶段承载力计算方法进行修正。